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STM32+MAX30100心率血氧的算法與源程序

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樓主
ID:450941 發(fā)表于 2021-5-11 15:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
MAX30100 心率血氧的算法和硬件設(shè)計
GPIO連接圖:


單片機源程序如下:
  1. /**
  2.   ******************************************************************************
  3.   * @file    blood.c
  4.   * @version V1.0.0
  5.   * @brief   血氧圖示儀主程序部分
  6.   ******************************************************************************
  7.   */
  8. /*--Include-start-------------------------------------------------------------*/
  9. #include "blood.h"
  10. #include "MAX30100.h"
  11. #include "algorithm.h"
  12. #include "math.h"
  13. #include "gui.h"
  14. #include "stdio.h"
  15. #include "ST7735.h"
  16. #include "beep.h"
  17. /*Global data space ----------------------------------------------------------*/
  18. uint16_t g_fft_index = 0;                          //fft輸入輸出下標

  20. struct compx s1[FFT_N+16];                   //FFT輸入和輸出：從S[1]開始存放，根據(jù)大小自己定義
  21. struct compx s2[FFT_N+16];                   //FFT輸入和輸出：從S[1]開始存放，根據(jù)大小自己定義

  23. struct
  24. {
  25.         float         Hp        ;                        //血紅蛋白       
  26.         float         HpO2;                        //氧合血紅蛋白
  27.        
  28. }g_BloodWave;//血液波形數(shù)據(jù)

  30. BloodData g_blooddata = {0};                                        //血液數(shù)據(jù)存儲

  32. #define CORRECTED_VALUE                        47                           //標定血液氧氣含量

  34. /*funcation start ------------------------------------------------------------*/


  37. /*Sensor func -----------------------------------------------------------------*/
  38. //血液檢測信息更新
  39. void blood_data_update(void)
  40. {
  41.         uint16_t temp_num=0;
  42.         uint16_t fifo_word_buff[1][2];
  43.        
  44.         temp_num = max30100_Bus_Read(INTERRUPT_REG);
  45.        
  46.         //標志位被使能時 讀取FIFO
  47.         if (INTERRUPT_REG_A_FULL&temp_num)
  48.         {
  49.                 HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,1);
  50.                 //讀取FIFO
  51.                 max30100_FIFO_Read(0x05,fifo_word_buff,1); //read the hr and spo2 data form fifo in reg=0x05
  52.                
  53.                 //將數(shù)據(jù)寫入fft輸入并清除輸出
  54.                 for(int i = 0;i < 1;i++)
  55.                 {
  56.                         if(g_fft_index < FFT_N)
  57.                         {
  58.                                 s1[g_fft_index].real = fifo_word_buff[i][0];
  59.                                 s1[g_fft_index].imag= 0;
  60.                                 s2[g_fft_index].real = fifo_word_buff[i][1];
  61.                                 s2[g_fft_index].imag= 0;
  62.                                 g_fft_index++;
  63.                         }
  64.                 }
  65.                 //信息更新標志位
  66.                 g_blooddata.update++;
  67.         }
  68.         else
  69.         {
  70.                 HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,0);
  71.         }
  72. }
  73. //血液信息轉(zhuǎn)換
  74. void blood_data_translate(void)
  75. {       
  76.         //緩沖區(qū)寫入結(jié)束
  77.         if(g_fft_index>=FFT_N)
  78.         {
  79.                 //開始變換顯示
  80.                 Gui_DrawFont_GBK16(102,2,BLACK,GREEN,"FFT");
  81.                
  82.                 g_fft_index = 0;
  83.                
  84.                 //數(shù)據(jù)更新標志位
  85.                 g_blooddata.display = 1;
  86.                
  87.                 //快速傅里葉變換
  88.                 FFT(s1);
  89.                 FFT(s2);
  90.                
  91.                 //解平方
  92.                 for(int i = 0;i < FFT_N;i++)
  93.                 {
  94.                         s1[i].real=sqrtf(s1[i].real*s1[i].real+s1[i].imag*s1[i].imag);
  95.                         s2[i].real=sqrtf(s2[i].real*s2[i].real+s2[i].imag*s2[i].imag);
  96.                 }
  97.                
  98.                 //讀取峰值點 結(jié)果的物理意義為
  99.                 uint16_t s1_max_index = find_max_num_index(s1, 60);
  100.                 uint16_t s2_max_index = find_max_num_index(s2, 60);
  101.                
  102.                 //檢查HbO2和Hb的變化頻率是否一致
  103.                 if(s1_max_index == s2_max_index)
  104.                 {
  105.                         //心率計算
  106.                         uint16_t Heart_Rate = 60 * SAMPLES_PER_SECOND *
  107.                                                                                                                 s2_max_index / FFT_N;
  108.                        
  109.                         g_blooddata.heart = Heart_Rate - 10;
  110.                        
  111.                         //血氧含量計算
  112.                         float sp02_num = (s2[s1_max_index].real * s1[0].real)
  113.                                                                                         /(s1[s1_max_index].real * s2[0].real);
  114.                        
  115.                         sp02_num = (1 - sp02_num) * SAMPLES_PER_SECOND + CORRECTED_VALUE;
  116.                        
  117.                         g_blooddata.SpO2 = sp02_num;
  118.                        
  119.                         //狀態(tài)正常
  120.                         g_blooddata.state = BLD_NORMAL;
  121.                 }
  122.                 else //數(shù)據(jù)發(fā)生異常
  123.                 {
  124.                         g_blooddata.heart = 0;
  125.                         g_blooddata.SpO2         = 0;
  126.                         g_blooddata.state = BLD_ERROR;
  127.                 }
  128.                 //結(jié)束變換顯示
  129.                 Gui_DrawFont_GBK16(102,2,GREEN,BLACK,"FFT");
  130.         }
  131. }

  133. //血液數(shù)據(jù)更新
  134. void blood_wave_update(void)
  135. {
  136.         static DC_FilterData hbdc = {.w = 0,.init = 0,.a = 0};
  137.         static DC_FilterData hbodc = {.w = 0,.init = 0,.a = 0};
  138.        
  139.         float hbag = 0;
  140.         float hboag = 0;
  141.        
  142.         float hbag_d = 0;
  143.         float hboag_d = 0;
  144.        
  145.         //前8次求平均值
  146.         for(int i = 0;i < 8;i++)
  147.         {
  148.                 hbag  += s1[g_fft_index - 8 + i].real;
  149.                 hboag += s2[g_fft_index - 8 + i].real;
  150.         }
  151.                
  152.         //直流濾波
  153.         hbag_d = dc_filter(hbag,&hbdc) / 8;
  154.         hboag_d = dc_filter(hboag,&hbodc) / 8;
  155.        
  156.         //高度數(shù)據(jù)
  157.         float hbhight  = 0;
  158.         float hbohight = 0;
  159.        
  160.         //比例與偏置
  161.         hbhight  = (-hbag_d / 40.0) + 5;
  162.         hbohight  = (-hboag_d / 40.0) + 5;
  163.        
  164.         //高度數(shù)據(jù)幅度限制
  165.         hbhight = (hbhight > 27) ? 27 : hbhight;
  166.         hbhight = (hbhight < 0) ?  0 : hbhight;
  167.        
  168.         hbohight = (hbohight > 27) ? 27 : hbohight;
  169.         hbohight = (hbohight < 0) ?  0 : hbohight;
  170.        
  171.         //將數(shù)據(jù)發(fā)布到全局
  172.         g_BloodWave.Hp = hbhight;
  173.         g_BloodWave.HpO2 = hbohight;
  174.        
  175.         //血液狀態(tài)檢查
  176.         if(hbag < 5000 ||hbag < 5000)
  177.         {
  178.                 //清空數(shù)據(jù)
  179.                 g_blooddata.heart = 0;
  180.                 g_blooddata.SpO2         = 0;
  181.                
  182.                 //刪除數(shù)據(jù)
  183.                 g_fft_index -= 7;
  184.                
  185.                 if(g_blooddata.state != BLD_ERROR)
  186.                 {
  187.                         g_blooddata.state = BLD_ERROR;
  188.                         g_blooddata.display = 1;
  189.                 }
  190.         }
  191.         else
  192.         {
  193.                 if(g_blooddata.state == BLD_ERROR)
  194.                 {
  195.                         g_blooddata.state = BLD_NORMAL;
  196.                         g_blooddata.display = 1;
  197.                 }
  198.         }
  199. }
  200. /*tft display ---------------------------------------------------------------*/

  202. //測試顯示血液信息
  203. void tft_test_display(void)
  204. {
  205.         uint8_t str[50];

  207.         if (g_blooddata.display == 1)
  208.         {
  209.                 g_blooddata.display = 0;
  210.                
  211.                 //顯示血氧信息
  212.                 sprintf((char *)str,"heart = %3d",g_blooddata.heart);
  213.                 Gui_DrawFont_GBK16(8,8,0x00FF,BLACK,str);
  214.                
  215.                 //顯示心率信息
  216.                 sprintf((char *)str,"SpO2 = %3.1f",g_blooddata.SpO2);
  217.                 Gui_DrawFont_GBK16(8,26,0x00FF,BLACK,str);
  218.                
  219.                 //顯示狀態(tài)信息
  220.                 if(g_blooddata.state)
  221.                 {
  222.                         sprintf((char *)str,"ERROR     ");
  223.                         Gui_DrawFont_GBK16(8,44,0xF000,BLACK,str);
  224.                 }
  225.                 else
  226.                 {
  227.                         sprintf((char *)str,"NORMAL    ");
  228.                         Gui_DrawFont_GBK16(8,44,0x07E0,BLACK,str);
  229.                 }
  230.         }
  231. }

  233. //繪制邊框
  234. void tft_draw_frame(uint16_t color)
  235. {
  236.         gui_draw_square(0,1,127,127,color);
  237.         gui_draw_square(0,1,127,18,color);
  238.         gui_draw_square(0,1,100,18,color);
  239.         gui_draw_square(0,57,127,127,color);
  240. }

  242. //狀態(tài)信息顯示
  243. void tft_draw_State(uint8_t st)
  244. {
  245.         switch(st)
  246.         {
  247.                 case BLD_NORMAL:
  248.                 {
  249.                         tft_draw_frame(GRAY1);
  250.                         Gui_DrawFont_GBK16(3,2,0x001F,GRAY3,"Normal    ");
  251.                         break;
  252.                 }
  253.                 case BLD_ERROR:
  254.                 {
  255.                         tft_draw_frame(RED);
  256.                         Gui_DrawFont_GBK16(3,2,0xF000,GRAY3,"Caution   ");
  257.                         break;
  258.                 }
  259.         }
  260. }

  262. //繪制波形線段
  263. void tft_draw_wave_line(uint8_t p,uint8_t n,uint16_t h0,uint16_t h1,uint16_t color)
  264. {
  265.         uint16_t x = 4;                                                                                // x 起始坐標
  266.         uint16_t y = (p == 0) ? 122 : 89; // y 起始坐標
  267.        
  268.         //擦除線
  269.         if((n + 1) < 82)
  270.         {
  271.                 Gui_DrawLine((x + n + 2),y - 28,(x + n + 2),y + 1,GRAY2);
  272.                 Gui_DrawLine((x + n + 1),y - 28,(x + n + 1),y + 1,BLACK);
  273.         }
  274.         //繪制線
  275.         Gui_DrawLine((x + n),(y - h0),(x + n + 1),(y - h1),color);
  276.        
  277. }

  279. //繪制波形圖表
  280. void tft_draw_wave(void)
  281. {
  282.         static uint16_t hist_n  = 0;        //同步歷史序號
  283.        
  284.         static uint16_t hbhist_h  = 0;//血紅蛋白歷史數(shù)值
  285.         static uint16_t hbohist_h = 0;//氧合血紅蛋白歷史數(shù)值

  287.         //繪制線
  288.         tft_draw_wave_line(1, hist_n, hbhist_h , g_BloodWave.Hp, 0x8FF0);
  289.         tft_draw_wave_line(0, hist_n, hbohist_h, g_BloodWave.HpO2, 0xFC1F);
  290.        
  291.         //移動下標
  292.         hist_n = (hist_n < 81) ? (hist_n + 1) : 0;
  293.        
  294.         //保存歷史
  295.         hbhist_h = g_BloodWave.Hp;
  296.         hbohist_h = g_BloodWave.HpO2;
  297. }

  299. //心率血氧數(shù)據(jù)刷新
  300. void tft_draw_hrsp(void)
  301. {
  302.         uint8_t str[50];

  304.         //心率信息顯示
  305.         sprintf((char *)str,"%3d  ",g_blooddata.heart);
  306.         Gui_DrawFont_GBK16(40,20,0xffe0,GRAY3,str);
  307.         //血氧飽和度顯示
  308.         g_blooddata.SpO2 = (g_blooddata.SpO2 > 99.99) ? 99.99:g_blooddata.SpO2;
  309.         sprintf((char *)str," %2.2f%%  ",g_blooddata.SpO2);
  310.         Gui_DrawFont_GBK16(40,38,0x07ff,GRAY3,str);
  311. }


  314. //顯示窗口繪制
  315. void tft_draw_windows(void)
  316. {
  317.         Lcd_Clear(GRAY3);
  318.        
  319.         //繪制窗口邊線
  320.         tft_draw_frame(GRAY1);

  322.        
  323.         //繪制區(qū)塊 h31 w84
  324.         gui_draw_Block(3,60,87,91,GRAY2,BLACK);
  325.         gui_draw_Block(3,93,87,124,GRAY2,BLACK);
  326.        
  327.         gui_draw_Block(89,60,125,91,GRAY2,BLACK);
  328.         gui_draw_Block(89,93,125,124,GRAY2,BLACK);
  329.        
  330.         //繪制字符串
  331.         Gui_DrawFont_GBK16(3,20,0xffe0,GRAY3,"HR  :");
  332.         Gui_DrawFont_GBK16(3,38,0x07ff,GRAY3,"SpO2:");
  333.        
  334.         Gui_DrawFont_GBK16(91,67,0x8FF0,BLACK," Hb");
  335.         Gui_DrawFont_GBK16(91,100,0xFC1F,BLACK,"HbO2");
  336.        
  337.         Gui_DrawFont_GBK16(102,2,GREEN,BLACK,"FFT");
  338.        
  339.         Gui_DrawFont_GBK16(3,2,0x001F,GRAY3,"Normal    ");
  340. }

  342. //tft顯示刷新
  343. void tft_display_update(void)
  344. {
  345.         //圖表更新
  346.         if(g_blooddata.update >= 8)
  347.         {
  348.                 //清除圖標更新標志位
  349.                 g_blooddata.update = 0;
  350.                 //血液波形數(shù)據(jù)更新
  351.                 blood_wave_update();
  352.                 //繪制波形
  353.                 tft_draw_wave();
  354.         }
  355.        
  356.         //轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)更新
  357.         if(g_blooddata.display >= 1)
  358.         {
  359.                 //清除更新標志位
  360.                 g_blooddata.display = 0;
  361.                 //顯示血液狀態(tài)信息
  362.                 tft_draw_State(g_blooddata.state);
  363.                 //心率血氧數(shù)據(jù)刷新
  364.                 tft_draw_hrsp();
  365.         }
  366. }
  367. /*Beep and LED func -------------------------------------------------------*/

  369. //LED和蜂鳴器狀態(tài)更新
  370. void Led_beep_update(void)
  371. {
  372.         static uint32_t errorStartTick = 0;                        //錯誤發(fā)生點
  373.         static BloodState blhist = BLD_NORMAL;        //歷史狀態(tài)
  374.         static uint8_t beepstate = 0;                                                //蜂鳴器狀態(tài)
  375.        
  376.        
  377.         switch(g_blooddata.state)
  378.         {
  379.                 case BLD_NORMAL:
  380.                 {
  381.                         //LED指示燈
  382.                         Led_Control((g_BloodWave.Hp > 10) * 20);
  383.                         //蜂鳴器
  384.                         Beep_Control((g_BloodWave.HpO2 > 10) * 50);
  385.                         break;
  386.                 }
  387.                 case BLD_ERROR:
  388.                 {
  389.                         if(blhist == BLD_NORMAL)
  390.                         {
  391.                                 errorStartTick = HAL_GetTick();
  392.                         }
  393.                        
  394.                         //錯誤前0-3秒 快速閃爍
  395.                         if((HAL_GetTick() - errorStartTick) < 3000)
  396.                         {
  397.                                 if(( (HAL_GetTick() / 100) %
  398.                                                  (4-(HAL_GetTick() - errorStartTick) / 1000)
  399.                                    ) == 0)
  400.                                 {
  401.                                         Led_Control(20);
  402.                                         Beep_Control(50);
  403.                                 }
  404.                                 else
  405.                                 {
  406.                                         Led_Control(0);
  407.                                         Beep_Control(0);
  408.                                 }
  409.                                
  410.                         }
  411.                         //錯誤前3-6秒 常亮
  412.                         else if(3000 < (HAL_GetTick() - errorStartTick) &&
  413.                                                         6000 > (HAL_GetTick() - errorStartTick))
  414.                         {
  415.                                 Led_Control(20);
  416.                                 Beep_Control(50);
  417.                         }
  418.                         //錯誤到6秒結(jié)束
  419.                         else if((HAL_GetTick() - errorStartTick) > 6000)
  420.                         {
  421.                                 Led_Control(0);
  422.                                 Beep_Control(0);
  423.                         }
  424.                         break;
  425.                 }
  426.                 default:break;
  427.         }
  428.        
  429.         blhist = g_blooddata.state;
  430. }


  433. /*Setup and loop func -----------------------------------------------------*/

  435. void blood_Setup(void)
  436. {
  437.         //初始化血液信息
  438.         g_blooddata.heart = 0;
  439.         g_blooddata.SpO2 = 0;
  440.         g_blooddata.display = 1;
  441.        
  442.         //繪制窗口
  443.         tft_draw_windows();
  444.        
  445.         //初始化指示燈和蜂鳴器
  446.         settone(14);
  447. }

  449. void blood_Loop(void)
  450. {
  451.         //血液信息獲取
  452.         blood_data_update();
  453.         //血液信息轉(zhuǎn)換
  454.         blood_data_translate();
  455.         //tft顯示刷新
  456.        
  457.         tft_display_update();
  458.         //LED 蜂鳴器信息更新
  459.         Led_beep_update();
  460.        
  461. }

  463. void blood_Interrupt(void)
  464. {
  465.         static int16_t div = 0;
  466.         static int16_t div2 = 0;
  467.         div++;
  468.         if(div > 10)
  469.         {
  470.                 div = 0;
  471.                 //更新血液信息
  472.                 //blood_data_update();
  473.         }
  474.        
  475.         div2++;
  476.         if(div > 50)
  477.         {
  478.                 div2 = 0;
  479.                 //tft顯示刷新
  480.                 //tft_display_update();
  481.         }
  482. }

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ID:1094211 發(fā)表于 2023-11-17 11:15 | 只看該作者
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